基于51单片机的智能热水器控制器设计与制作

湖南商务职业技术学院毕业设计

目录

1.设计简介.............................................................................................................................1

2.系统总方案设计.................................................................................................................1

3.系统方案比较、设计与论证............................................................................................1

3.1主控制器模块选择.......................................................................................................................2

3.2温度传感器的选择.......................................................................................................................2

3.3按键的选择....................................................................................................................................3

3.4显示模块的选择............................................................................................................................3

3.5电源选取.......................................................................................................................................3

4.芯片资料简介.....................................................................................................................4

4.1温度传感器DS18B20..................................................................................................................4

4.2DS18B20的管脚配置和内部结构.............................................................................................4

4.3单总线介绍....................................................................................................................................5

4.4DS18B20的工作原理..................................................................................................................5

5.STC89C52单片机的简介.................................................................................................8

5.1STC89C52单片机主要特性.........................................................................................................8

5.2硬件实现及单元电路设计.........................................................................................................11

5.3显示模块电路..............................................................................................................................12

5.4温度传感器(DS18B20)电路.....................................................................................................13

5.5继电器加热控制电路.................................................................................................................14

6.系统软件设计...................................................................................................................14

6.1程序结构分析..............................................................................................................................14

6.2系统程序流图..............................................................................................................................14

7.系统的安装与调试..........................................................................................................17

7.1安装步骤.....................................................................................................................................17

7.2电路的调试..................................................................................................................................17

8.设计小结...........................................................................................................................17

附录1原理图.....................................................................................................................18

附录2PCB设计图.............................................................................................................19

附录3元器件清单..............................................................................................................20

附录4主程序源码.............................................................................................................21

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基于51单片机的智能热水器控制系统设计与制作

1.设计简介

在当今社会，科技日新月异，热水器技术飞速发展，越来越多的科技成果被

运用到热水器的制造中。如今的热水器产品已经绝对不是一个简单的加热器，而

是科技含量高的现代化家电产品。随着我国人民生活水平的逐渐提高，其生活条

件有了很大的改善，智能化电器在人们日常生活中占有比重越来越大，与家庭生

活密切相关的热水器品种层出不穷，花样翻新。本产品选择基于51单片机的智能

热水器温控系统，实现水温的智能调节。

2.系统总方案设计

本设计采用由STC89C52单片机最小系统、DS18B20温度传感器、4位共阳数

码管显示、电源模块、继电器控制模块和按键模块组成。单片机实时通过温度传

感器DS18B20实时检测水温温度，通过单片机的数据转换处理后在数码管上显示

水温，当测量水温小于设置的下限温度时，单片机驱动继电器控制热得快对水加

热，一直加热到设置的温度上限值时停止加热。然后通过自然降温的方式一直降

温，当水温度降到设置水温的下限值时，单片机由驱动单片控制热得快对水加热。

水温的上限值和下限值可以通过按键可以设置，数码管的第一位显示“H”是代表

设置水温的上限值，数码管的第一位显示“L”是代表设置水温的下限值。温度检

测精确到0.1度。并具有掉电保存功能，数据保存在单片机内部EEPOM中，按键

还具有连加、减功能。系统方框图如图1所示：

按键模块数码管显示

单片机

STC89C52温度传感器

电源部分图1系统总方框图继电器加热

3.系统方案比较、设计与论证

该系统主要由温度测量和温度设置及系统状态显示三部分电路组成，下面介

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绍实现此系统功能的方案。

3.1主控制器模块选择

方案1：

采用可编程逻辑器件CPLD作为控制器。CPLD可以实现各种复杂的逻辑功

能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、IO资源丰富、易于进行功能扩展。采

用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控

制核心。但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常

高。且从使用及经济的角度考虑我们放弃了此方案。

方案2：

采用STC89C52单片机作为整个系统的核心，用其控制水温测量控制系统，

以实现其既定的性能指标。充分分析我们的系统，其关键在于实现水温的自动控

制，而在这一点上，单片机就显现出来它的优势——控制简单、方便、快捷。这

样一来，单片机就可以充分发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址

操作功能、价格低廉等优点。STC89C52单片机具有功能强大的位操作指令，I/O

口均可按位寻址，程序空间多达8K，对于本设计也绰绰有余，更可贵的是

STC89C52单片机价格非常低廉。

3.2温度传感器的选择

方案1：

采用数字温度芯片DS18B20测量实际温度，输出信号全数字化。便于单片机

处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳

定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。在0—100摄氏度时，最大线形

偏差小于1摄氏度。DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字

温度计DS18B20和微控制器STC89C52构成的温度测量装置,它直接输出温度的数

字信号,可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大。采

用51单片机控制，软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法

和逻辑控制，而且体积小，硬件实现简单，安装方便。既可以单独对多DS18B20

控制工作，还可以与PC机通信上传数据，另外STC89C52在工业控制上也有着

广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。

方案2:

采用PT100作为测温电路的温度传感器。PT100传感器是利用铂电阻的阻值

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随温度变化而变化、并呈一定函数关系的特性来进行测温的，具有抗振动、稳定

性好、准确度高、耐高压等优点。但使用起来比较复杂。

3.3按键的选择

方案—：

采用矩阵式键盘，此类键盘采用矩阵式行列扫描方式，优点是当按键较多时

可降低占用单片机的I/O口数目，缺点为电路复杂且会加大编程难度。

方案二：

采用独立式按键电路，每个按键单独占有一根I/O接口线,每个I/O口的工作

状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。缺点为当按键较多时占用单片

机的I/O口数目较多，优点为电路设计简单，且编程相对比较容易。

综合考虑两种方案及题目要求，考虑到系统资源有限，故采用第一种方案。

3.4显示模块的选择

方案1：

用数码管进行显示。数码管由于显示速度快，使用简单，显示效果简洁明了

而得到了广泛应用。

方案2：

用LCD液晶进行显示。LCD由于其显示清晰，显示内容丰富、清晰，显示

信息量大，使用方便，显示快速而得到了广泛的应用。单对于此系统我们不需要

显示丰富的内容，而且LCD液晶价格贵，因此我们放弃了此方案。综上所述我们

选择方案1。

3.5电源选取

由于本系统采用电池供电，我们考虑了如下几种方案为系统供电。

方案1：

采用5V蓄电池为系统供电。蓄电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电

压输出性能。但是蓄电池的体积过于庞大，在小型电动车上使用极为不方便。因

此我们放弃了此方案。

方案2：

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采用3节1.5V干电池共4.5V做电源，经过实验验证系统工作时，单片机、

传感器的工作电压稳定能够满足系统的要求，而且电池更换方便。

因此，综上所述采用方案2。

4.芯片资料简介

4.1温度传感器DS18B20

该模块采用美国DALLAS公司推出的数字测温芯片DS18B20，该芯片具有体

积小，多种封装形式，独特的单线接口等优点。测量范围从-55摄氏度到+125摄

氏度，拥有可以选择的9到12位温度数据分辨率，可以工作在寄生电源模式，另

外还可自定义温度告警设置。本系统中温度传感器输出脚I/O直接与单片机的P4.0

相连，外接4.7KΩ的上拉电阻到电源。DS18B20芯片封装如图2所示。

图2DS18B20芯片封装

4.2DS18B20的管脚配置和内部结构

引脚定义：

(1)DQ为单数据总线，是数字信号输入/输出端；

(2)GND为电源地；

(3)VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。

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内部结构如图3所示。

图3内部结构图

（1）光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该

DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品类

型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环

冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各

不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。

（2）DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：用

16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S

为符号位。12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，

二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到

的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数

值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。

4.3单总线介绍

1－WIREBUS单总线是Maxim全资子公司Dallas的一项专有技术。与目前

多数标准串行数据通信方式,如SPI/IIC/MICROWIRE不同,它采用单根信号线,既

传输时钟,又传输数据,而且数据传输是双向的。它具有节省I/O口线资源、结构简

单、成本低廉、便于总线扩展和维护等诸多优点。

4.4DS18B20的工作原理

DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干

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扰力更强。其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。在讲解其

工作流程之前我们有必要了解18B20的内部存储器资源。18B20共有三种形态的

存储器资源，它们分别是

（1）ROM只读存储器，用于存放DS18B20的ID编码，其前8位是单线系

列编码（DS18B20的编码是19H），后面48位是芯片唯一的序列号，最后8位是

以上56的位的CRC码（冗余校验）。数据在出产时设置不由用户更改。DS18B20

共64位ROM。

（2）RAM数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，

DS18B20共9个字节RAM，每个字节为8位。第1、2个字节是温度转换后的数

据值信息，第3、4个字节是用户EEPROM（常用于温度报警值储存的镜像。在

上电复位时其值将被刷新。第5个字节则是用户第3个EEPROM的镜像。第6、

7、8个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样

也是内部温度转换、计算的暂存单元。第9个字节为前8个字节的CRC码。

EEPROM非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和

校验数据，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在镜像，以方便用户操作。

控制器对18B20操作流程：

（1）复位：首先我们必须对DS18B20芯片进行复位，复位就是由控制器（单

片机）给DS18B20单总线至少480μS的低电平信号。当18B20接到此复位信号

后则会在15~60μS后回发一个芯片的存在脉冲。

（2）存在脉冲：在复位电平结束之后，控制器应该将数据单总线拉高，以便

于在15~60μS后接收存在脉冲，存在脉冲为一个60~240uS的低电平信号。至此，

通信双方已经达成了基本的协议，接下来将会是控制器与18B20间的数据通信。

如果复位低电平的时间不足或是单总线的电路断路都不会接到存在脉冲，在设计

时要注意意外情况的处理。

（3）控制器发送ROM指令：双方打完了招呼之后最要将进行交流了，ROM

指令共有5条，每一个工作周期只能发一条，ROM指令分别是读ROM数据、指

定匹配芯片、跳跃ROM、芯片搜索、报警芯片搜索。ROM指令为8位长度，功

能是对片内的64位光刻ROM进行操作。其主要目的是为了分辨一条总线上挂接

的多个器件并作处理。诚然，单总线上可以同时挂接多个器件，并通过每个器件

上所独有的ID号来区别，一般只挂接单个18B20芯片时可以跳过ROM指令（注

意：此处指的跳过ROM指令并非不发送ROM指令，而是用特有的一条“跳过指

令”）。

（4）控制器发送存储器操作指令：在ROM指令发送给18B20之后，紧接着

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（不间断）就是发送存储器操作指令了。操作指令同样为8位，共6条，存储器

操作指令分别是写RAM数据、读RAM数据、将RAM数据复制到EEPROM、温

度转换、将EEPROM中的报警值复制到RAM、工作方式切换。存储器操作指令

的功能是命令18B20作什么样的工作，是芯片控制的关键。

（5）执行或数据读写：一个存储器操作指令结束后则将进行指令执行或数据

的读写，这个操作要视存储器操作指令而定。如执行温度转换指令则控制器（单

片机）必须等待18B20执行其指令，一般转换时间为500uS。如执行数据读写指

令则需要严格遵循18B20的读写时序来操作。数据的读写方法将有下文有详细介

绍。

当主机收到DSl8B20的响应信号后，便可以发出ROM操作命令之一，这些

命令如下：

SkipROM（跳跃ROM指令）

这条指令使芯片不对ROM编码做出反应，在单总线的情况之下，为了节省

时间则可以选用此指令。如果在多芯片挂接时使用此指令将会出现数据冲突，导

致错误出现。

ReadScratchpad（从RAM中读数据）

此指令将从RAM中读数据，读地址从地址0开始，一直可以读到地址9，完

成整个RAM数据的读出。芯片允许在读过程中用复位信号中止读取，即可以不

读后面不需要的字节以减少读取时间。

ConvertT（温度转换）

收到此指令后芯片将进行一次温度转换，将转换的温度值放入RAM的第1、

2地址。此后由于芯片忙于温度转换处理，当控制器发一个读时间隙时，总线上

输出“0”，当储存工作完成时，总线将输出“1”。在寄生工作方式时必须在发

出此指令后立刻超用强上拉并至少保持500MS，来维持芯片工作。

与DS18B20的所有通讯都是由一个单片机的复位脉冲和一个DS18B20的应

答脉冲开始的。单片机先发一个复位脉冲，保持低电平时间最少480μs，最多不

能超过960μs。然后，单片机释放总线，等待DS18B20的应答脉冲。DS18B20

在接受到复位脉冲后等待15～60μs才发出应答脉冲。应答脉冲能保持60～240

μs。单片机从发送完复位脉冲到再次控制总线至少要等待480μs。

读时隙需15～60μs，且在2次独立的读时隙之间至少需要1μs的恢复时间。

读时隙起始于单片机拉低总线至少1μs。DS18B20在读时隙开始15μs后开始采

样总线电平。以单片机读取2B的数据为例。

写时隙需要15～75μs，且在2次独立的写时隙之间至少需要1μs的恢复时

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间。写时隙起始于单片机拉低总线。

5.STC89C52单片机的简介

主控模块模块在整个系统中起着统筹的作用，需要检测键盘，温度传感器等

各种参数，同时驱动液晶显示相关参数，在这里我们选用了51系列单片机中的

STC89C52单片机作为系统的主控芯片。

51系列单片机最初是由Intel公司开发设计的，但后来Intel公司把51核的

设计方案卖给了几家大的电子设计生产商，譬如SST、Philip、Atmel等大公司。

因此市面上出现了各式各样的均以51为内核的单片机。这些各大电子生产商推

出的单片机都兼容51指令、并在51的基础上扩展一些功能而内部结构是与51

一致的。

STC89C52有40个引脚，4个8位并行I/O口，1个全双工异步串行口，同时

内含5个中断源，2个优先级，2个16位定时/计数器。STC89C52的存储器系统

由4K的程序存储器(掩膜ROM)，和128B的数据存储器(RAM)组成。

STC89C52单片机的基本组成框图见图4。

图4STC89C52单片机结构图

5.1STC89C52单片机主要特性

1.一个8位的微处理器(CPU)。

2.片内数据存储器RAM(128B)，用以存放可以读／写的数据，如运算的中间

结果、最终结果以及欲显示的数据等，SST89系列单片机最多提供1K的RAM。

3.片内程序存储器ROM(4KB)，用以存放程序、一些原始数据和表格。但也

有一些单片机内部不带ROM/EPROM，如8031，8032，80C31等。目前单片机的

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发展趋势是将RAM和ROM都集成在单片机里面，这样既方便了用户进行设计

又提高了系统的抗干扰性。SST公司推出的89系列单片机分别集成了16K、32K、

64KFlash存储器，可供用户根据需要选用。

4.四个8位并行I／O接口P0~P3，每个口既可以用作输入，也可以用作输

出。

5.两个定时器／计数器，每个定时器／计数器都可以设置成计数方式，用以

对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实

现计算机控制。为方便设计串行通信，目前的52系列单片机都会提供3个16位

定时器/计数器。

6.五个中断源的中断控制系统。现在新推出的单片机都不只5个中断源，例

如SST89E58RD就有9个中断源。

7.一个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行I／O口，用于实现单片机

之间或单机与微机之间的串行通信。

8.片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许

振荡频率为12MHz。SST89V58RD最高允许振荡频率达40MHz，因而大大的提

高了指令的执行速度。

STC89C52单片机管脚图

P1.02345/MOSI67CK8RET9XALVNU单片机部分引脚说明：

1.时钟电路引脚XTAL1和XTAL2：

XTAL2(18脚)：接外部晶体和微调电容的一端；片内它是振荡电路反相放大

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器的输出端，振荡电路的频率就是晶体固有频率。若需采用外部时钟电路时，该

引脚输入外部时钟脉冲。

要检查振荡电路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2端是否有脉冲信号输

出。

XTAL1(19脚)：接外部晶体和微调电容的另一端；在片内它是振荡电路反相

放大器的输入端。在采用外部时钟时，该引脚必须接地。

2.控制信号引脚RST,ALE,PSEN和EA：

RST/VPD(9脚)：RST是复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持备用

电源的输入端。当主电源Vcc发生故障，降低到低电平规定值时，将＋5V电源

自动两个机器周期(24个时钟振荡周期)的高电平时，就可以完成复位操作。RST引

脚的第二功能是VPD,即接入RST端，为RAM提供备用电源，以保证存储在RAM中

的信息不丢失，从而合复位后能继续正常运行。

ALE/PROG(30脚)：地址锁存允许信号端。当8051上电正常工作后，ALE引

脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率fOSC的1/6。CPU访问片外存

储器时，ALE输出信号作为锁存低8位地址的控制信号。

平时不访问片外存储器时，ALE端也以振荡频率的1/6固定输出正脉冲，因

而ALE信号可以用作对外输出时钟或定时信号。如果想确定8051/8031芯片的好

坏，可用示波器查看ALE端是否有脉冲信号输出。如有脉冲信号输出，则8051/8031

基本上是好的。

ALE端的负载驱动能力为8个LS型TTL(低功耗甚高速TTL)负载。

此引脚的第二功能PROG在对片内带有4KBEPROM的8751编程写入(固化程

序)时，作为编程脉冲输入端。

PSEN(29脚)：程序存储允许输出信号端。在访问片外程序存储器时，此端定

时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。此引肢接EPROM的OE端(见后面几

章任何一个小系统硬件图)。PSEN端有效，即允许读出EPROM／ROM中的指令码。

PSEN端同样可驱动8个LS型TTL负载。要检查一个8051/8031小系统上电后

CPU能否正常到EPROM／ROM中读取指令码，也可用示波器看PSEN端有无脉冲输

出。如有则说明基本上工作正常。

EA/Vpp(31脚)：外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。当

EA引脚接高电平时，CPU只访问片内EPROM/ROM并执行内部程序存储器中的指令，

但当PC(程序计数器)的值超过0FFFH(对8751/8051为4K)时，将自动转去执行片

外程序存储器内的程序。当输入信号EA引脚接低电平(接地)时，CPU只访问外

部EPROM/ROM并执行外部程序存储器中的指令，而不管是否有片内程序存储器。

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对于无片内ROM的8031或8032,需外扩EPROM，此时必须将EA引脚接地。此引

脚的第二功能是Vpp是对8751片内EPROM固化编程时，作为施加较高编程电压

(一般12V～21V)的输入端。

3.输入/输出端口P0/P1/P2/P3：

P0口(P0.0～P0.7，39~32脚)：P0口是一个漏极开路的8位准双向I/O口。

作为漏极开路的输出端口，每位能驱动8个LS型TTL负载。当P0口作为输入

口使用时，应先向口锁存器(地址80H)写入全1,此时P0口的全部引脚浮空，可

作为高阻抗输入。作输入口使用时要先写1,这就是准双向口的含义。在CPU访问

片外存储器时，P0口分时提供低8位地址和8位数据的复用总线。在此期间，

P0口内部上拉电阻有效。

P1口(P1.0～P1.7，1~8脚)：P1口是一个带内部上拉电阻的8位准双向I/O

口。P1口每位能驱动4个LS型TTL负载。在P1口作为输入口使用时，应先向

P1口锁存地址(90H)写入全1,此时P1口引脚由内部上拉电阻拉成高电平。

P2口(P2.0～P2.7，21~28脚)：P2口是一个带内部上拉电阻的8位准双向

I/O口。P口每位能驱动4个LS型TTL负载。在访问片外EPROM/RAM时，它输

出高8位地址。

P3口(P3.0～P3.7，10~17脚)：P3口是一个带内部上拉电阻的8位准双向

I/O口。P3口每位能驱动4个LS型TTL负载。P3口与其它I/O端口有很大的区

别，它的每个引脚都有第二功能，如下：

P3.0：(RXD)串行数据接收。

P3.1：(RXD)串行数据发送。

P3.2：(INT0#)外部中断0输入。

P3.3：(INT1#)外部中断1输入。

P3.4：(T0)定时/计数器0的外部计数输入。

P3.5：(T1)定时/计数器1的外部计数输入。

P3.6：(WR#)外部数据存储器写选通。

P3.7：(RD#)外部数据存储器读选通。

5.2硬件实现及单元电路设计

主控制最系统电路如图5所示。单片机最小系统包括单片机、复位电路、时

钟电路构成。STC89C52单片机的工作电压范围：4V-5.5V,所以通常给单片机外界

5V直流电源。连接方式为单片机中的40脚VCC接正极5V，而20脚VSS接电源地

端。

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复位电路就是确定单片机的工作起始状态，完成单片机的启动过程。单片机

接通电源时产生复位信号，完成单片机启动确定单片机起始工作状态。当单片机

系统在运行中，受到外界环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程

序自动从头开始执行。一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟

电路工作以后，在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操

作。本设计采用的是外部手动按键复位电路，需要接上上拉电阻来提高输出高电

平的值。

时钟电路好比单片机的心脏，它控制着单片机的工作节奏。时钟电路就是振

荡电路，是向单片机提供一个正弦波信号作为基准，决定单片机的执行速度。XTAL1

和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出，该反向放大器可以配置为片内振荡器。

如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。因为一个机器周期含有6个状态周

期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如

果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周期为1/12us。

R10234ABCDEP.56789VUuFS

P1.403

F

R152063

P1.504

G

R1620734

P1.605

DP

R172083J

P1.706

932

RSTP0.74VC

103

(RXD)P3.0EA/V

130

(TXD)P3.1ALE/ROG2

1290KP3

(INT0)P3.2SE1

1328R

(INT1)P3.27

P34

1427

(T0)P3.426

P352

1526

(T1)P3.52

P3624

1625

(WR)P3.624

P37

1724

(RD)P3.72

P2

1823C0PF

XTAL2P.

P21

192

XTAL1P2.

P20

Y1

201

GNDP2.0

12M

C30PF

U1

GND

图5单片主控电路

5.3显示模块电路

显示采用四位数码管显示，当位选打开时，送入相应的段码，则相应的

数码管打开，关掉位选，打开另一个位选，送入相应的段码，则数码管打开，而

每次打开关掉相应的位选时，时间间隔低于20ms，从人类视觉的角度上看，就仿

佛是全部数码管同时显示的一样。显示电路如图6。

12

1H

A

F

12

2H

1

3H

10

B

1H

9

4H

A

8

G

F

7

C

2H

6

DP

3H

5

D

B

4

E

4H

3

G

2

C

1

DP

D

E

湖南商务职业技术学院毕业设计

DS1R02389ABCEFGP4567

图6驱动电路

5.4温度传感器(DS18B20)电路

温度采集电路如图7所示，DS18B20的数据脚和电源之间加了一个4.7K的上

拉电阻，以保证数据的稳定。

图7温度传感器电路引脚图。

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5.5继电器加热控制电路

热得快控制电路采用PNP型S8550三极管驱动，当单片机的P2^4口输出低电

平时，三极管饱和导通，继电器线圈得电吸合，控制热得快加热，同时发光二极

管导通指示加热。当单片机P2^4口输出高电平时，三极管截止，继电器线圈断电，

热得快停止加热，发光二极管熄灭提示加热停止。电路图如图8所示：

P24

1

2

R82KR62KD1VCQ580K1Relay-SPDTP112

GND

图8继电器加热电路

6.系统软件设计

6.1程序结构分析

主程序调用了3个子程序，分别是数码管显示程序、温度信号处理程序、按

键设定报警温度程序。温度信号处理程序：对温度芯片送过来的数据进行处理，

进行判断和显示。数码管显示程序：向数码管的显示送数，控制系统的显示部分。

按键设定程序：可以设定低温和高温报警可精确到0.1度。

6.2系统程序流图

主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当

前温度值，温度测量每1s进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度，主

程序的主要功能是负责温度的实时显示，读出并处理DS18B20的当前温度值，与

设定的报警温度比较，其程序流程见图9所示。

14

湖南商务职业技术学院毕业设计

通过调用读温度子程序把存入内存储中的整数部分与小数部分开分存放在不

的的两个单元中，然后通过调用显示子程序显示出来。

图9DS18B20温度流程图

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湖南商务职业技术学院毕业设计

6.2.1DS18B20初始化程序流程图

在DS18B20工作之前需要进行初始化，流程图如下：

发复位命

发跳过ROM命令

初始化成功

结束

图10初始化程序流程图

6.2.2读温度子程序流程图

读温度子程序的主要功能是从DS18B20中读出温度数据，移入温度暂存器保存。

其程序流程图如下：

发复位命

发跳过ROM命令

发读取温度命令

移入温度暂存器

结束

图11温度传感器子程序流程图

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7.系统的安装与调试

7.1安装步骤

1.检查元件的好坏

按电路图买好元件后首先检查买回元件的好坏，按各元件的检测方法分别进行

检测，一定要仔细认真。而且要认真核对原理图是否一致，在检查好后才可上件、

焊件，防止出现错误焊件后不便改正。

2.放置、焊接各元件

按原理图的位置放置各元件，在放置过程中要先放置、焊接较低的元件，后焊

较高的和要求较高的元件。特别是容易损坏的元件要后焊，在焊集成芯片时连续焊

接时间不要超过10s，注意芯片的安装方向。

7.2电路的调试

首先烧入数码管显示程序，看显示是否正常显示。如果不正常检测数码管的各

引脚的焊接情况，有没有虚焊，短焊，错焊的情况。显示正常之后，在程序加入温

度程序，看温度检测是否正常，然后加入按键和红外接收头进行整机调试，在程序

调试时，延时有的过长、有的过短。类似的现象还有很多就不一一列举了。

8.设计小结

本设计采用由STC89C52单片机最小系统、DS18B20温度传感器、4位共阳数码管

显示、电源模块、继电器控制模块、按键模块和红外接收模块组成。热水器分为手

动控制和红外遥控控制。单片机实时通过温度传感器DS18B20实时检测水温温度，

通过单片机的数据转换处理后在数码管上显示水温，当测量水温小于设置的下限温

度时，单片机驱动继电器控制热得快对水加热，一直加热到设置的温度上限值时停

止加热。然后通过自然降温的方式一直降温，当水温度降到设置水温的下限值时，

单片机由驱动单片控制热得快对水加热。水温的上限值和下限值可以通过按键和遥

控可以设置，数码管的第一位显示“H”是代表设置水温的上限值，数码管的第一

位显示“L”是代表设置水温的下限值。温度检测精确到0.1度。并具有掉电保存功

能，数据保存在单片机内部EEPOM中，按键还具有连加、减功能。

本设计结构简单，调试方便，系统反映快速灵活，经实验测试，该温度系统设

计方案正确、可行，各项指标稳定、可靠。

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1H

A

F

12

2H

1

3H

10

B

1H

9

4H

A

8

G

F

7

C

2H

6

1

DP

3H

5

D

B

4

E

4H

3

2

G

2

C

1

DP

D

E

1

2

P2